项目三 微生物的生理.ppt

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1、项目三项目三 微生物的生理微生物的生理 杨璐璐杨璐璐 主要内容主要内容 n n 一、一、 微生物的营养微生物的营养 n n 二、二、 微生物的生长微生物的生长 n n 三、三、 微生物生长的控制微生物生长的控制 一、一、 微生物的营养微生物的营养 n1、微生物细胞的化学组成 n2、微生物的营养物质及其生理功能 n3、微生物对营养物质的吸收 n4、微生物的营养类型 1、微生物细胞的化学组成 n n 微生物从环境中吸取营养物质并加以利微生物从环境中吸取营养物质并加以利 用的过程称为用的过程称为微生物的营养微生物的营养 营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种 生理活动所需要的物质. 营养物质是微

2、生物生存的物质基础，而营养 是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。 化学组成 元素组成 C、H、O、N、P、S、K 、Mg 、 Ca 、Fe 、Mn 、 硼 Cl 、Cu 、Co 、Zn 、钼、硒等，其中C、H、 O、N、P、S六种元素占 菌体干重的97% 水 有机物 无机盐 化合物组成 碳源物质 氮源物质 无机盐 生长因子 水 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它 们区分成六大类。 2、微生物的营养物质及其生理功能 能源物质 凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中碳 素来源的营养物质都称为碳 源 。 碳 源 物 质 碳源功能 碳源种类 碳源功能 C素构成细胞及代谢产物的骨架

3、C素是大多数微生物代谢所需的能量来源 碳源种类 无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生 物利用 有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇 类、 脂类和烃类化合物 对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源 功能营养物。 目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是糖类 物质、麸皮、米糠等。 实验室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机 酸等. 凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中氮 素来源的营养物质都称为氮源。 氮 源 氮源功能 氮源种类 为微生物提供合成细胞物质代谢产 物的原料 氮源一般不做能源，只有硝化细菌 利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能 源。 氮源功能 氮源种类 有机态氮：

4、蛋白质及其降解产物 实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源 生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。 分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 能 源 物 质 为微生物的生命活动提供最初能量来源的物质 称为能源物质 分为：化学能和辐射能两类 能源谱 化学物质（化学营养型） 辐射能（光能营养型） 无 机 盐 功能 构成酶活性基的组成成分，维持E活性。 Mg、Ca、K是多种E的激活剂 构成微生物细胞的组成成分 调解微生物细胞的渗透压， PH值和氧化 还原电 位 作为某些自养微生物的能源和无氧呼吸的氢 受体。 Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微 生物

5、培养中有0.1PPM就可以了。自来水原料 中以够用，不需另加。 无机盐种类 构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元 素为主，约占细胞干重的95以上； Ca、K 、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离 子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。 微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身 不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的微量有 机化合物 称为生长因子。 生长因子 根据它们的化学结构和及其生理作用可分为： 维生素 氨基酸 嘌呤或嘧啶碱基 水 水是一切生物生存的基本条件，微生物的生命 活动也离不开水，微生物细胞含水约占细胞鲜重的 7090，水作用是多方面的。 水的功能 是细胞中生化

6、反应的良好介质；营养物质和代 谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出 体（细胞）外。 水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的 热量，不致使细胞的温度骤然上升。 维持细胞的膨压（控制细胞形态）。 3、微生物对营养的吸收方式 营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素： 营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性 、电负性等 微生物所处的环境（温度、PH等）； 微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等） 。 n根据物质运输过程的特点，可将物质的运 输方式分为： n单纯扩散 n促进扩散 n主动运输 n基团转位 单纯扩散 原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小 孔，由高浓度的胞外

7、环境向低浓度的胞内进行扩散。 自由扩散特点： 物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。 这种运输方式不消耗能量 没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生任何反应， 物质不发生化学变化。 水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂 肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨 基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。 单纯扩散运输物质的种类： 促进扩散也叫协助扩散 促进扩散特点 物质运输动力是细胞外的浓度差。 运输过程不消耗能量。 有膜载体参加，膜载体（渗透酶）有特异性。运输葡萄糖的载 体只运输葡萄糖。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物 少见。 促进扩散运输物质的种类： 通过促进扩

8、散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、 维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应 的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋 白来完成。 主动运输 特点：被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 要消耗能量，必需有能量参加。 有膜载体参加，膜载体发生构型变化 被运送物质不发生任何变化。 主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物 质运输方式。 通过这种方式运输方式吸收的营养物质：有糖类（ 乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、钾 离子等。 主动运输运输物质的种类： 基 团 转 位 基团转位：是在研究糖的运输时发现的一种主 动运输方式。 运输过程中需要能量，被运输的物质

9、发生化学 变化的运输叫基团移位。 许多糖就是靠基团移位进行运输的。 这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统 (PTS)来运输营养物质的。 基团转移运输物质的种类： 基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中,主要 用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这 种方式运输。 基团转移运输特点： 被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 需要磷酸酶系统进行催化 被运输的物质发生化学变化，被磷酸化 需要能量 比较项目 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团移位 特异载体蛋白 无 有 有 有 运送速度 慢 快 快 快 溶质运送方向 由浓至稀 由浓至稀 由稀至浓由稀至浓 平衡时内外浓度 内外相等 内外相等 内部

10、高内部高 能量消耗 不需要 不需要 需要需要 运送前后溶质分子 不变 不变 不变改变 运送对象举例 水、O2 糖、SO42- 氨基酸、乳糖 葡萄糖、嘌呤 四种运送营养方式的比较 根据微生物所利用的碳源的不同，可将微生物分为： 自养微生物和异养微生物。 根据微生物所利用的能源的不同，可将微生物分为两 种能量类型：光能微生物和化能微生物。 将以上两种分类方法结合起来，可以把微生物的 营养类型归纳为： 光能自养型光能异养型 化能自养型化能异养型 4、微生物的营养类型 1）光能自养型 特点：能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生 长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子

11、 供体，使CO2还原为细胞物质；能够在完全无机的环境中生长 。 例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体 （供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。 CO2+ 2H2O 光能 叶绿素 CH2O + O2 CO2+ 2H2S 光能 光合色素 CH2O + 2S+ H2O 紫硫细菌和绿硫细菌含细菌叶绿素，以H2S、S、Na2S2O3为电 子供体进行不放氧的光合作用，产生细胞物质。并伴随硫元素的产 生。利用H2S的反应如下： 产生的元素硫或是积累到细胞内或是分泌到细胞外。 2）光能异养型 特点：具有光合色素，能利用光能。不能以CO2为主要或唯一 的碳源；以有机物作为碳源和供氢体，利用光能

12、将CO2还原为细胞 物质；在生长时大多数需要外源的生长因子； 例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。 CHOH + CO2 H3C H3C 2 光能 光合色素 2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O 光能自养型和光能异养型微生物的主要区别在于供氢体和电子 供体来源不同，光能异养型虽然能利用CO2但必须在有机物存 在的情况下才能生长。他们都能利用光能生长。 3）化能自养型 特点：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能； 以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、 Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使

13、CO2还原成细胞物质。这类细菌 包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与 生产密切相关。 如FeO硫杆菌可把可将S或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成高铁的 能力，氧化率达95100并放出能量 2FeS2+7O2 +2HO2 2FeSO4 + 2H2SO4 2FeSO4 + 2H2SO4 + 1/2O2 Fe2（SO4 ） +HO2 生成的Fe2（SO4 ）是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。如溶解铜矿（CuS） ，从中浸出铜元素。 CuS+ Fe2（SO4 ） Cu SO4 + 2FeSO4 + S 溶出的Cu SO4 液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。生成的FeSO4和

14、S还 可在这类细菌作用下再次氧化成H2SO4和Fe2（SO4 ），而循环使用。 用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效 办法，用细菌浸出Fe的速度比完全氧化快5660倍。 4）化能异养型 特点：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学 能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、 纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；以有机或无 机含氮化合物为氮源，合成细胞物质 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物； 所有致病微生物均为化能有机异养型微生物； 由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄 生型两大类。 腐生型：利用无生命

15、的有机物获得营养物质。 寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒。 中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆 地菌、痢疾杆菌 就是兼性寄生菌。 以上四种营养类型划分不是绝对的： 1、红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗） 2、氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性 自养型） 3、自养与异养的区别不再能否利用CO2，而在 于是否以CO2式.碳酸盐为唯一的碳源。自养型 以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用 CO2，但必须在有机碳存在情况下。 大多数细菌、真菌、原生动物都是化大多数细菌、真菌、原生动物都是化 能有机异养型微生物能有机异养型微生物； 所有致病微生物均为化能有机异养型所有致病微生物均为化能

16、有机异养型 微生物；微生物； 二、微生物的生长二、微生物的生长 n n 1 1、微生物的生长规律、微生物的生长规律 n n 2 2、影响微生物生长的理化因素、影响微生物生长的理化因素 1 1、微生物的生长规律、微生物的生长规律 n n 生长：生长：当同化作用的速度超过了异化作用当同化作用的速度超过了异化作用 ，使，使个体细胞质量和体积增加个体细胞质量和体积增加 n n 繁殖：繁殖：是指生命个体生长到一定阶段，通是指生命个体生长到一定阶段，通 过特定方式产生新的生命个体，即引起生过特定方式产生新的生命个体，即引起生 命命个体数量增加个体数量增加的生物学过程。的生物学过程。 n n 个体生长个体生

17、长：指微生物细胞个体吸收营养物：指微生物细胞个体吸收营养物 质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的 增加为个体生长。增加为个体生长。 n n 群体生长群体生长：指群体中个体数目的增加。可：指群体中个体数目的增加。可 以用重量、体积、密度或浓度来衡量。以用重量、体积、密度或浓度来衡量。 n n 单细胞微生物的生长实际上是以单细胞微生物的生长实际上是以群体细胞群体细胞 数目的增加数目的增加为标志。为标志。 n n 生长与繁殖的关系：生长与繁殖的关系： n n 个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长 n n 群体生长群体生长 = = 个体生长个体生长

18、+ + 个体繁殖个体繁殖 生长曲线生长曲线 n n 将少量单细胞微生物纯菌种接种到新鲜的将少量单细胞微生物纯菌种接种到新鲜的 液体培养基中，在最适条件下培养，培养液体培养基中，在最适条件下培养，培养 过程中定时测定细胞数量，过程中定时测定细胞数量，以细胞数目的以细胞数目的 对数为纵坐标，时间为横坐标对数为纵坐标，时间为横坐标，画出的一，画出的一 条有规律的曲线。条有规律的曲线。 A-适应期， B-对数增长期， C-稳定期， D-衰亡期 该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌。 适应期的特点适应期的特点： n n 生长繁殖的速度几乎等于零生长繁殖的速度几乎等于零 n n 细胞形态增大，

19、杆菌的长度增加。细胞形态增大，杆菌的长度增加。 n n 细胞内的细胞内的RNARNA尤其是尤其是rRNArRNA含量增高，合成代含量增高，合成代 谢活跃，易产生诱导酶谢活跃，易产生诱导酶 n n 对外界不良环境条件例如对外界不良环境条件例如NaClNaCl溶液浓度、温溶液浓度、温 度和抗生素等化学药物敏感。度和抗生素等化学药物敏感。 n n 原因：原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累适应新的环境条件，合成新的酶，积累 必要的中间产物。必要的中间产物。 n n 菌种的菌龄：菌种的菌龄：如果以对数期的如果以对数期的“ “种子种子” ”接种接种 ，则子代培养的适应期就短。，则子代培养的适应期就短

20、。 n n 接种量：接种量：一般来说，接种量大，适应期就一般来说，接种量大，适应期就 短，反之则长。因此在发酵工业上，为缩短，反之则长。因此在发酵工业上，为缩 短适应期，一般采用短适应期，一般采用1/101/10的接种量。的接种量。 影响适应期长短的因素： n n 培养基成分：培养基成分：接种到营养丰富的天然培养接种到营养丰富的天然培养 基中的微生物要比接种到营养单调的合成基中的微生物要比接种到营养单调的合成 培养基中的适应期短。新接种的培养基与培养基中的适应期短。新接种的培养基与 菌种的原培养基越接近，适应期就越短。菌种的原培养基越接近，适应期就越短。 n n 发酵工业上需尽量缩短该期，以降

21、低生产发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产 成本。成本。 n n 在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭 菌菌 n n 生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增 长，因而细胞每分裂一次所需的代时长，因而细胞每分裂一次所需的代时( (世代时世代时 间间) )或原生质增加或原生质增加1 1倍所需的时间最短。倍所需的时间最短。 n n 细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀 。 n n 酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。 n n 在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，在此时期内，菌细胞的

22、形态特征均匀一致， 最代表种的特征。最代表种的特征。 n n 此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并 且典型。且典型。 指数期的特点： 影响指数期微生物增代时间的因素：影响指数期微生物增代时间的因素： n n 菌种：菌种：不同菌种的代时差别极大。不同菌种的代时差别极大。 营养成分：营养成分：同一种细菌在营养物丰富的培养同一种细菌在营养物丰富的培养 基中生长，其代时较短，反之则长。基中生长，其代时较短，反之则长。 培养温度：培养温度：温度对微生物的生长速率有极其温度对微生物的生长速率有极其 明显的影响。明显的影响。 营养物的浓度：营养物的浓度：在营养物浓度很

23、低的情况在营养物浓度很低的情况 下，营养物的浓度才能影响生长速率，随下，营养物的浓度才能影响生长速率，随 着营养物浓度的增高，生长速率不受影响着营养物浓度的增高，生长速率不受影响 ，而只影响最终的菌体产量。如果进一步，而只影响最终的菌体产量。如果进一步 提高营养物浓度，则生长速率和菌体产量提高营养物浓度，则生长速率和菌体产量 均不受影响。均不受影响。 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的 菌体密度。菌体密度。 食品工业上尽量使有害微生物食品工业上尽量使有害微生物 不能进入此期不能进入此期 n n 特点：特点： 1. 1. 生长速率常数生长速率常数R R等于等

24、于0 0。 2. 2. 菌体产量达到了最高值菌体产量达到了最高值。 3. 3. 合成次生代谢产物合成次生代谢产物。 4. 4. 细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始 产生产生 芽孢。芽孢。 n n 产生原因：产生原因： 1. 1. 营养物尤其是生长限制因子的耗尽。营养物尤其是生长限制因子的耗尽。 2. 2. 营养物的比例失调，如碳氮比不合适。营养物的比例失调，如碳氮比不合适。 3. 3. 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。 4. 4. 物化条件（物化条件（pHpH、氧化还原势等）不合适。、氧化还原势等）不合适。 稳定期稳

25、定期 微生物生长与代谢产物形成的关系微生物生长与代谢产物形成的关系 微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生 长的过程并不总是一致的。长的过程并不总是一致的。 一般认为：一般认为： 初级代谢初级代谢是给予生物能量和生成中间产物的是给予生物能量和生成中间产物的 过程，过程，初级代谢产物初级代谢产物的形成往往与微生物细的形成往往与微生物细 胞的形成过程同步，微生物生长的胞的形成过程同步，微生物生长的稳定期是稳定期是 这些产物的最佳收获时机这些产物的最佳收获时机； 次级代谢产物次级代谢产物与微生物的生存、生长和繁与微生物的生存、生长和繁 殖无关。殖无关。次级代谢产

26、物次级代谢产物的形成往往与微生的形成往往与微生 物细胞的形成过程不同步。在分批培养中物细胞的形成过程不同步。在分批培养中 ，它们的，它们的形成高峰形成高峰往往往往在在微生物微生物生长稳定生长稳定 期的后期或衰亡期期的后期或衰亡期。 衰亡期衰亡期 n n 特点：特点： 1. 1. 生长速率常数生长速率常数 R R 为负值。为负值。 2. 2. 细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形 。 3. 3. 释放次生代谢产物，芽孢等。释放次生代谢产物，芽孢等。 4. 4. 菌体开始自溶。菌体开始自溶。 n n 产生原因：产生原因： 生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解

27、代生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代 谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡 。 （二）影响微生物生长的环境因素（二）影响微生物生长的环境因素 1.温度 2.氧气 3.pH 4.水分 5.辐射 6.超声波 7.化学药剂 n n 每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点： n n 最低生长温度最低生长温度、最适生长温度最适生长温度和和最高生长温度最高生长温度 n n 在生长温度三基点内，微生物都能生长，但生长在生长温度三基点内，微生物都能生长，但生长 速率不一样。微生物只有处于最适生长温度时，速率不一样。微生物只有处于最适生

28、长温度时， 生长速度才最快，代时最短。生长速度才最快，代时最短。 1 1）温度）温度 最低温度最低温度最适温度最适温度最高温度最高温度 嗜热液化芽孢杆菌嗜热液化芽孢杆菌 373760607070 嗜热纤维芽孢杆菌嗜热纤维芽孢杆菌 505060606868 丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌 202037374747 植物乳杆菌植物乳杆菌 101030304040 干酪乳杆菌干酪乳杆菌 101030304040 大肠杆菌大肠杆菌 101037374747 乳脂链球菌乳脂链球菌 101030303737 嗜热链球菌嗜热链球菌 2020405040505353 枯草杆菌枯草杆菌 151530373037555

29、5 黑曲霉黑曲霉 7 7 303930394747 啤酒酵母啤酒酵母 101028284040 几种微生物的生长温度三基点（） n n 最低生长温度：生长繁殖的最低界限最低生长温度：生长繁殖的最低界限 n n 最适生长温度：生长速率最高最适生长温度：生长速率最高 n n 最高生长温度：生长繁殖的最高界限最高生长温度：生长繁殖的最高界限 根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分 为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物这为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物这 三个类型。三个类型。 低温型微生物低温型微生物 最适生长温度在最适生长温度在5 5- -2

30、0,20,主要分布在地球主要分布在地球 的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品 中。中。 例：例： 假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长 ，常引起冷藏食品的腐败。，常引起冷藏食品的腐败。 中温型微生物中温型微生物 室温型主要为腐生或植物寄生，在植物室温型主要为腐生或植物寄生，在植物 或土壤中；最适生长温度为或土壤中；最适生长温度为20402040。大多大多 数微生物属此类；与食品工业的关系最密切数微生物属此类；与食品工业的关系最密切 。 高温型微生物高温型微生物 最适生长温度为最适生长温度为5050- -60,60,主要分布

31、在主要分布在 温泉、堆肥和土壤中。给罐头工业、发酵工温泉、堆肥和土壤中。给罐头工业、发酵工 业带来一定的难度。业带来一定的难度。 n n 根据不同微生物对氧的要求，可将它根据不同微生物对氧的要求，可将它 们分为：们分为： n n 2 2、氧气、氧气 好氧菌 专性好氧菌：只能有氧呼吸 兼性厌氧菌：以有氧呼吸为主，兼无氧呼吸 微好氧菌：适合生活在含氧量较低的地方， 有氧呼吸 厌氧菌 专性厌氧菌：只能无氧呼吸，氧剧毒 耐氧菌：只能无氧呼吸，氧无毒 3 3、pHpH l l 微生物的生长微生物的生长pHpH值范围极广。但是绝大多数种值范围极广。但是绝大多数种 类都生活在类都生活在pH5-9pH5-9之

32、间。之间。 l l 各类微生物生长的最适各类微生物生长的最适pHpH值：值： l l 细菌细菌为为7.07.07.67.6 l l 放线菌放线菌为为7.57.58.58.5 l l 霉菌霉菌为为4.04.05.85.8 l l 酵母菌酵母菌为为 3.83.86.06.0 l l 根据微生物生长的最适根据微生物生长的最适pHpH值，将微生物分值，将微生物分 为：为： 嗜碱微生物：嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多硝化细菌、尿素分解菌、多 数放线菌。数放线菌。 耐碱微生物：耐碱微生物：许多链霉菌。许多链霉菌。 中性微生物：中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌绝大多数细菌，一部分真菌 。 嗜酸微生

33、物：嗜酸微生物：硫杆菌属。硫杆菌属。 耐酸微生物：耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌。乳酸杆菌、醋酸杆菌。 （1 1）湿度）湿度 （2 2）水活度水活度 （3 3）渗透压渗透压 4. 4. 水分水分 （1 1）湿度）湿度 湿度湿度：指：指环境空气中含水量的多少环境空气中含水量的多少。 放线菌和霉菌的气生菌丝则曝露于空气中，空放线菌和霉菌的气生菌丝则曝露于空气中，空 气湿度较大则有利于生长气湿度较大则有利于生长。 细菌细菌在空气中的生存和传播也以湿度较大为合在空气中的生存和传播也以湿度较大为合 适适。 反之反之，环境环境干燥干燥可可使使细胞失水细胞失水而而造成代谢停止造成代谢停止 乃至死亡乃至死亡。

34、 （2 2）水活度水活度 水活度水活度：在相同的温度、压力下，体系中溶液：在相同的温度、压力下，体系中溶液 的水的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比的水的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比, ,即：即： A A=p/pp/p 0 0 微生物生长的水活度范围：微生物生长的水活度范围： A A=0.63-0.99=0.63-0.99 各种微生物生长的最低水活度值各种微生物生长的最低水活度值 微生物最低 A 值 微生物最低 A 值 一般细菌 一般酵母菌 一般霉菌 0.90 0.88 0.80 嗜盐细菌 干生性霉菌 耐渗透压酵母 0.75 0.65 0.63 n n 根据水分活度不同分为三类：根据水分活度不同分为三类：

35、n n A A0.85 0.85 水分较大食品（冷藏保存）水分较大食品（冷藏保存） n n A A=0.60-0.85 =0.60-0.85 中等水分食品中等水分食品 n n A A 细胞细胞外外溶质浓度溶质浓度 高渗状态：高渗状态：细胞会脱水，发生质壁分离，甚至细胞会脱水，发生质壁分离，甚至 死亡死亡 低渗状态：低渗状态：细胞会膨胀，甚至胀破细胞会膨胀，甚至胀破 盐腌糖渍的办法保存食品 5.5.辐射辐射 辐射根据波长而分为辐射根据波长而分为各种射线各种射线和和电波电波。 紫外线紫外线：具有直接杀菌作用。具有直接杀菌作用。（空气、水、物体表面）（空气、水、物体表面） -射线：射线：一种灭菌措施

36、。一种灭菌措施。（不耐热食品，如快食面料包（不耐热食品，如快食面料包 ） 6.6.超声波超声波 超声波是超过人能听到的最高频（超声波是超过人能听到的最高频（20000 20000 赫兹赫兹) )的声波，强烈的超声波可使被处理的微的声波，强烈的超声波可使被处理的微 生物细胞破碎。生物细胞破碎。 7.7.化学药剂化学药剂 消毒剂消毒剂：能：能迅速杀灭迅速杀灭病原微生物的药物。病原微生物的药物。 防腐剂防腐剂：能：能抑制或阻止抑制或阻止微生物微生物生长繁殖生长繁殖的药的药 物。物。 可分为：有机化学药物、无机化学药物、染可分为：有机化学药物、无机化学药物、染 色剂等。色剂等。 （1 1）有机化学药物

37、有机化学药物 常用常用的有的有酚、醇、醛、酸酚、醇、醛、酸类及表面活性剂类及表面活性剂 酚酚 类类 苯酚苯酚，又又名名石炭酸石炭酸 能能使细胞使细胞蛋白质凝固变性蛋白质凝固变性，破坏细胞膜破坏细胞膜 导致微生物死亡。导致微生物死亡。 2 2-5-5的苯酚溶液是一种常用的消毒剂的苯酚溶液是一种常用的消毒剂 ，用于器械及喷雾消毒，用于器械及喷雾消毒。 来苏儿来苏儿 石炭酸与石炭酸与皂液和煤油皂液和煤油混合液混合液。常用常用于物于物 体表面、地面和皮肤等消毒体表面、地面和皮肤等消毒。 醇醇 类类 能能通过通过溶解细胞膜溶解细胞膜中的类脂破坏膜结构，中的类脂破坏膜结构， 并可使并可使蛋白质脱水、蛋白质

38、脱水、变性变性。 最最常用的是常用的是乙醇乙醇，7070-75-75是乙醇消毒是乙醇消毒 的最佳的最佳浓度。浓度。（主要主要用于物体的表面和皮肤的用于物体的表面和皮肤的 消毒消毒） 醛醛 类类 能能与与蛋白质蛋白质中氨基酸的多种中氨基酸的多种基团共基团共价结合价结合 而使其而使其变性变性，达到杀菌的目的，达到杀菌的目的。 商用商用福尔马林福尔马林 含含 3737%-40%-40% %的甲醛的甲醛水溶液水溶液。工厂工厂和实验室和实验室 常采用甲醛常采用甲醛熏蒸熏蒸法法进行进行空间空间消毒消毒。（。（甲醛甲醛有强有强 烈的刺激性气味，可以在熏蒸后，用氨水烈的刺激性气味，可以在熏蒸后，用氨水中和中和

39、 吸收吸收。） 酸酸 类类 有机酸能有机酸能抑制抑制微生物微生物( (尤其是霉菌尤其是霉菌) )的的酶和酶和 代谢活性。代谢活性。 山梨酸山梨酸和和苯甲酸苯甲酸常用作食品和饮料的防腐常用作食品和饮料的防腐 剂，剂，抑制霉菌抑制霉菌等微生物的生长。等微生物的生长。 表面活性剂表面活性剂 具有具有降低表面张力降低表面张力效应的物质称为表面效应的物质称为表面 活性剂。可活性剂。可改变细胞膜的稳定性和透性改变细胞膜的稳定性和透性，使，使 细胞内的物质逸出膜外，并能使细胞内的物质逸出膜外，并能使蛋白变性蛋白变性。 新新洁尔灭洁尔灭 0.25 0.25的新洁尔灭溶液，常用于物体表的新洁尔灭溶液，常用于物体

40、表 面和皮肤的消毒。面和皮肤的消毒。 （2 2）无机化合物）无机化合物 常用常用的有的有卤化物卤化物、重金属重金属、氧化剂氧化剂和和无无 机酸机酸和和碱碱等。等。 卤卤 化化 物物 按杀菌力高低排列的按杀菌力高低排列的顺序顺序： F Cl Br I F Cl Br I （以以碘碘和和氯氯最最常用常用） 碘酒碘酒 通过通过与细胞中酶和蛋白质中的酪氨酸结与细胞中酶和蛋白质中的酪氨酸结 合而发挥作用。合而发挥作用。 氯气氯气 氯化物氯化物（漂白粉漂白粉） 重金属及其化合物重金属及其化合物 大多数大多数重金属盐类对微生物有毒害作用，重金属盐类对微生物有毒害作用， 这是由于重金属容易和微生物的蛋白质结合

41、，这是由于重金属容易和微生物的蛋白质结合， 而而使蛋白质发生变性或沉淀使蛋白质发生变性或沉淀的缘故。的缘故。 红汞红汞（红药水红药水） 医院医院常用常用2 2水溶液。水溶液。 硝酸银硝酸银 常常在医学上用于皮肤和眼睛等部位的消毒在医学上用于皮肤和眼睛等部位的消毒 。 硫酸铜硫酸铜 氧氧 化化 剂剂 能能放出游离氧放出游离氧或使其他化合物放出氧，通或使其他化合物放出氧，通 过过对细胞成分的氧化作用对细胞成分的氧化作用而而杀菌杀菌。 高锰酸钾高锰酸钾 0.1%0.1%用于皮肤、水果、饮具的消毒用于皮肤、水果、饮具的消毒 2%-5% 2%-5%能杀死芽孢能杀死芽孢 过氧化氢过氧化氢 3%3%用于伤口

42、消毒用于伤口消毒 无机酸和碱无机酸和碱 能能引起引起微生物微生物细胞物质的水解或凝固细胞物质的水解或凝固， 因而也有很强的杀菌作用。因而也有很强的杀菌作用。 生产上常用石灰水、氢氧化钠、碳酸钠等作生产上常用石灰水、氢氧化钠、碳酸钠等作 为环境、工具、器械等的消毒剂。为环境、工具、器械等的消毒剂。 （3 3）染色剂）染色剂 染料染料特别是特别是碱性染料碱性染料，其阳离子基团能，其阳离子基团能 与细胞蛋白质氨基酸上的羧基或核酸上的磷与细胞蛋白质氨基酸上的羧基或核酸上的磷 酸基结合，因而酸基结合，因而阻断了正常的细胞代谢过程阻断了正常的细胞代谢过程 ，在，在低浓度低浓度下可抑制细菌生长。下可抑制细菌

43、生长。 结晶紫结晶紫、亚甲蓝亚甲蓝、吖啶黄、孔雀绿等都有、吖啶黄、孔雀绿等都有 抑制细菌生长的作用，都可用作消毒剂。抑制细菌生长的作用，都可用作消毒剂。 （4 4）化学治疗剂）化学治疗剂 这是一类能这是一类能选择性地杀死或抑制选择性地杀死或抑制人或动物体内人或动物体内 病原微生物病原微生物，可用于临床治疗感染性疾病的的，可用于临床治疗感染性疾病的的 特殊化学药品。特殊化学药品。 与与消毒剂的消毒剂的差别：差别： 消毒剂消毒剂对于宿主和微生物具有同等的毒性对于宿主和微生物具有同等的毒性； 化学治疗化学治疗剂能剂能选择性选择性地地作用于病原微生物作用于病原微生物新陈代谢的某个环节新陈代谢的某个环节

44、 ，使其生长受到，使其生长受到抑制或致死抑制或致死，但，但对人体细胞毒性较小对人体细胞毒性较小。 抗代谢药物抗代谢药物 n n 指指其化学结构与细胞内必要代谢物的结构其化学结构与细胞内必要代谢物的结构 很相似，可干扰正常代谢活动的一类化学很相似，可干扰正常代谢活动的一类化学 物质。物质。 n n 如如磺胺类磺胺类、5-5-氟氟代尿嘧啶、氨基叶酸、异代尿嘧啶、氨基叶酸、异 烟肼等烟肼等, ,磺胺类药物是最常用的抗代谢物。磺胺类药物是最常用的抗代谢物。 磺胺类药物磺胺类药物 n n 临床应用已有几十年的历史，具有临床应用已有几十年的历史，具有较广的较广的 抗菌谱抗菌谱，而且疗效确切、性质稳定、使用

45、，而且疗效确切、性质稳定、使用 简便、价格便宜，又便于长期保存，故目简便、价格便宜，又便于长期保存，故目 前仍是仅次于抗生素的一大类药物。前仍是仅次于抗生素的一大类药物。 n n 能抑制革兰氏阳性菌及一些阴性菌，主要能抑制革兰氏阳性菌及一些阴性菌，主要 作用机理是抑制细菌的繁殖。作用机理是抑制细菌的繁殖。 抗抗 生生 素素 n n 抗生素是由抗生素是由微生物或其它生物产生的一类微生物或其它生物产生的一类 次级代谢产物次级代谢产物，具有抑制或杀灭其他微生，具有抑制或杀灭其他微生 物生命活动的活力。物生命活动的活力。 n n 如青霉素、头孢霉素等如青霉素、头孢霉素等 三、微生物的代谢三、微生物的代

46、谢 n n （一）微生物代谢概述（一）微生物代谢概述 n n （二）微生物特有的代谢产物（二）微生物特有的代谢产物 n n （三）微生物的酶系统及生化鉴定试验（三）微生物的酶系统及生化鉴定试验 （一）微生物代谢（一）微生物代谢概述概述 n代谢 n “新陈代谢”的简称，细胞中新旧物 质的更替。 n微生物的新陈代谢 n微生物一方面不断地从外界环境中吸收营 养物质，转变为细胞本身有用的物质（同 化）；另一方面又不断地向体外排出废物 （异化）, 这就是。 1.1.微生物的能量代谢微生物的能量代谢 n n 指指生物体与外界环境之间生物体与外界环境之间能量的交换能量的交换 和和生物体内能量的转变生物体内能

47、量的转变过程。过程。 最初最初 能源能源 有机物有机物 日光日光 还原态无机物还原态无机物 通用能通用能 量量ATPATP 2.2.微生物的物质微生物的物质代谢代谢 n n 指指生物体与外界环境之间生物体与外界环境之间物质的交换物质的交换 和和生物体内物质的转变生物体内物质的转变过程过程。 n n 微生物的物质代谢包括碳水化合物、微生物的物质代谢包括碳水化合物、 蛋白质、脂肪等大分子物质的分解和合成蛋白质、脂肪等大分子物质的分解和合成 过程。过程。 （二）（二） 微生物特有的代谢产物微生物特有的代谢产物 n n 抗生素抗生素 n n 毒素毒素 n n 维生素维生素 n n 色素色素 n n 初

48、级代谢产物初级代谢产物 n n 微生物微生物通过代谢活动通过代谢活动所所产生产生的、的、自身生长、自身生长、 繁殖所必需繁殖所必需的物质的物质 n n 次级代谢产物次级代谢产物 n n 微生物微生物生长到一定阶段才产生生长到一定阶段才产生的化学结构十的化学结构十 分复杂、对该生物分复杂、对该生物无明显的生理功能无明显的生理功能，或，或并并 非是微生物生长和繁殖所必需非是微生物生长和繁殖所必需的物质的物质 抗抗 生生 素素 n n 天然天然抗生素是抗生素是微生物产生微生物产生的对的对其他种其他种 类微生物或细胞类微生物或细胞具有抑制或致死具有抑制或致死作用作用的物的物 质质，是微生物产生的是微生

49、物产生的次级代谢产物次级代谢产物。 n n 这这类物质在产生菌与其它种生物的生类物质在产生菌与其它种生物的生 存竞争中起着重要作用。存竞争中起着重要作用。 毒毒 素素 n n 微生物产生的对人和动植物细胞微生物产生的对人和动植物细胞有毒杀作有毒杀作 用的次级代谢产物用的次级代谢产物称为毒素称为毒素。 n n 内毒素内毒素 n n 外毒素外毒素 内内 毒毒 素素 n n 内毒素是革兰氏阴性菌的内毒素是革兰氏阴性菌的细胞壁成分细胞壁成分，细，细 菌在生活状态时不释放出来，只有菌在生活状态时不释放出来，只有当细菌当细菌 死亡自溶或粘附在其它细胞时死亡自溶或粘附在其它细胞时，才表现其才表现其 毒性毒性。 n n 主要主要成分：脂多糖成分：脂多糖 n n 少量